科学家利用BCI技术来缓解幻肢疼痛

Original Tina编译脑机接口社区 2022-04-26

幻肢痛就像它的名字一样神秘。绝大多数截肢者都有“幻肢”的感觉，让他们觉得失去的肢体仍然是身体的一部分。病因尚不清楚，50%到80%的病例感觉疼痛。由于没有现成的治疗方法或药物，幻肢痛会对截肢者的生活质量和康复产生很大影响。

幻肢疼痛(Phantom-limbpain) 就像它的名字一样神秘。绝大多数截肢者都有“幻肢”感觉。这种感觉让他们感到失去的肢体仍是他们身体的一部分。50％至80％的病例感觉很疼痛。如果没有确定的治疗方法或药物，幻肢痛会对截肢者的生活质量和康复产生很大影响。

为什么有这种感觉的原因尚不清楚，但一种理论认为，当用来控制截肢的大脑区域与肢体的心理形象(mental image)保持牢固联系时，就会发生这种情况。为了削弱这种联系，一个想法是训练控制完整肢体的大脑区域来控制幻肢。大阪大学的Takufumi Yanagisawa和他的团队假设，实现这一目标的关键是无意识地(不自觉地)做到这一点。

Yanagisawa解释说:“在不考虑移动右手的情况下，有意识地激活控制右手的大脑区域是非常困难的。”“因此，我们设计了一个系统，在这个系统中，患者甚至不知道他们正在使用大脑的这些部分。”

实际参与人数的参与流程图

为了训练phantom-handpain患者的大脑，研究小组使用了脑机接口。首先，他们记录了病人打开和闭合他们完好的手时的大脑活动，并将大脑活动模式作为模板。然后他们持续记录与完好手相关的大脑活动，但要求病人尝试用他们的幻手来控制虚拟的手。在一半的实验中，这种训练是真实的;根据模板对记录的大脑活动进行解码，并相应地调整开/合虚拟手的图像。对另一半人来说，虚拟手的图像是随机调整的，与大脑活动没有联系。所有的病人都认为他们实际上控制着虚拟的手。患者每天训练约30分钟，连续训练3天，每次训练后，他们对自己的幻肢疼痛强度进行评估。

下图为运动任务和训练的虚拟手图像控制的脑机接口。图(A)运动任务以一个3秒的黑色十字的视觉呈现开始。一个日语单词被展示1秒钟来指导参与者做哪个动作。在2个1秒的计时提示后，将带有十字标志的执行提示与声音一起呈现0.5秒，患者执行指示动作。每条指令都要重复4次声音提示。每种移动类型随机分配10次。图(B)所选84个传感器的位置以红点表示。图(C)选择的126个顶点在每个半球的运动皮层上以红色显示。

在训练过程中，记录MEG信号，同时患者观看幻手的图像，该图像由记录的MEG信号的实时解码控制，如下图。

图片来源于大阪大学

研究小组发现，即使在训练的第一天疼痛就减少了30%，而且这种效果在训练结束后持续了5天。重要的是，只有接受过真正训练的患者报告的幻肢疼痛更少。他们还发现，经过训练后，曾经控制过截肢手的大脑区域中，幻手的形象被削弱了。

Yanagisawa说：“这些发现是非常有意思、有前景的，特别是考虑到镜像训练等替代方法需要一个月的训练才能达到同样的效果。然而，为了使这种治疗变得真正实用，必须降低成本。”

参考

BCI training to move a virtual hand reduces phantom limb pain

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